Результаты экспериментальных исследований грунтомета лесопожарного

Известно, что на долю лесных пожаров приходится около 60% всех древостоев, ежегодно погибающих от негативного воздействия всего комплекса антропогенных и природных факторов [1].

Профилактика, локализация и тушение лесных пожаров были и остаются одними из основных проблем в лесном хозяйстве. Доля низовых пожаров при этом может достигать 90 % от общей площади, поврежденной огнем. Поэтому задача борьбы с лесными низовыми пожарами является актуальной.

Основными способами борьбы с лесными низовыми пожарами являются: захлестывание кромки огня, засыпка его землей, заливка водой (химикатами), создание заградительных и минерализованных полос, пуск встречного огня (отжиг) [2].

Наиболее распространенным средством для тушения и локализации такого вида пожаров был и остается грунт, так как в древостоях, произрастающих на сухих почвах, в равнинных условиях всегда в непосредственной близости от кромки огня грунт имеется в неограниченном количестве. При этом применяются специальные агрегаты, позволяющие создавать заградительные минерализованные полосы, а также значительно снижать интенсивность, а в некоторых случаях тушить пожар посредством метания грунта в зону горения.

Одним из таких агрегатов является разработанный [3] и изготовленный на кафедре «Автомобилей, тракторов и лесных машин» Сибирского государственного технологического университета экспериментальный образец лесопожарного грунтомета [4], предназначенный для решения вышеописанной задачи.

Целью данного эксперимента является определение параметров работы грунтомета, а именно: окружной скорости фрезы по концам ножей, угла наклона фрезы к обрабатываемой поверхности и глубины резания грунта, обеспечивающих получение качественной минерализованной (опорной) полосы, с равномерным распределением грунта по всей ширине ее отсыпной части.

При трех независимых переменных (m=3) в качестве плана эксперимента принят план «В-3», позволяющий достичь необходимой точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранить статистическую достоверность результатов [5].

Для описания экспериментов, результат которых зависит от совместного действия трех факторов, проверяется применимость модели вида y = bo + b • xi + b2 • x2 + b3 • x3 + bi,2 • xi • x2 + bi,3 • xi • x3 + b2,3 • x2 • x3 + + b1,2,3 • x1 • x2 • x3 + bll • x2 + b22 • x2 + b33 • x2

В качестве регулируемых факторов принимались следующие величины: окружная скорость фрезы по концам ножей (х 1 ); угол наклона фрезы к обрабатываемой поверхности (х 2 ); глубина резания грунта (х 3 ). Кодирование факторов при проведении ПФЭ представлено таблице 1.

Таблица 1

Кодирование факторов при исследовании качества созданной минерализованной полосы экспериментальным образцом

Кодовое обозначение факторов	Уровни варьирования			Интервал варьирования
	Нижний	Основной	Верхний
	-1	0	+1
x 1	18	27	36	9
x 2	30	45	60	15
x 3	0,04	0,05	0,06	0,01

В качестве выходных величин принимались: у 1 – ширина прорезаемой в грунте борозды; у 2 – ширина отсыпной части полосы; у 3 – масса грунта на участке I отсыпной части полосы (у ближнего края борозды); у 4 – масса грунта на участке II отсыпной части полосы (в средней части отсыпки); у 5 – масса грунта на участке III отсыпной части полосы (у дальнего края борозды).

Все выходные данные предварительно проверялись на анормальность [6] по ГОСТ 11.002–73 «Прикладная статистика. Правила оценки анормальности результатов наблюдений».

Обработку экспериментальных данных эксперимента производили посредством пакета программ Statgraphics 5.1. В результате обработки данных были получены зависимости и графики к ним.

Ширина прорезаемой в грунте борозды описывается уравнением (2), графическое представление на рисунке 1:

y 1 = 0,320704 - 0,0012037 • x 1 - 0,0349444 • x₂ + 0,0258704 • x₃ + 0,00957407 • x 2 . (2)

х1=-1,0

Рис. 1. График поверхности откликов ширины прорезаемой в грунте борозды

х3

Ширина отсыпной части полосы описывается уравнением (3), графически представлена на рисунке 2:

y₂ = 3,08383 + 0,389074 • x 1 - 0,032037 • x₂ + 0,160185 • x 2 - 0,0362963 • х 2 . (3)

х1=-1,0

Рис. 2. График поверхности откликов ширина отсыпной части минерализованной (опорной) полосы

Масса грунта на 1 п/м на участке I описывается следующим уравнением (4), графически представлена на рисунке 3:

y₃ = 6 , 13764 - 0 , 0447037 • X j - 0 , 111815 • x ₂ + 0 , 686944 • x ₃ - 0 , 161074 • х 2 -

3                                            1                        2                        3                        1          (4)

- 0 , 237296 • x 2 - 0 , 0718889 х ₂ • х₃.

Рис. 3. График поверхности откликов массы грунта на 1 п/м на участке I

Масса грунта на 1 п/м на участке II описывается уравнением (5), графически представлена на рисунке 4:

y4 = 4,13752 - 0,0435926 • x1 - 0,111593 • x2 + 0,688093 • x3 - 0,162778 • x2 -- 0,238556 • x2 - 0,0717778х2 • х3

Рис. 4. График поверхности откликов массы грунта на 1 п/м на участке II

Масса грунта на 1 п/м на участке III описывается уравнением (6), графически представлена на рисунке 5:

y5 = 2,70014 - 0,0424074 • x1 - 0,111648 • x2 + 0,664463 • x3 - 0,205593 • x2 -

- 0,272315 • x2 - 0,0726667х2 • х3

х3=1,0

Рис. 5. График поверхности откликов массы грунта на 1 п/м на участке III

В результате обработки полученных в ходе проведения эксперимента данных были получены следующие значения основных факторов для песчаных и суглинистых почв: при массе эскавированного грунта 4 кг на погонный метр, позволяющей эффективно бороться с низовыми пожарами различной интенсивности [7], окружная скорость фрезы по концам ножей (при диаметре фрезы 0,44 м) составила 27,4 м/с; угол наклона фрезы к горизонту – 47 °; глубине резания 0,05 м, ширина минерализованной (опорной) полосы при этом составит не менее 2,5 м.

Также полученные данные можно использовать в качестве первоначальной настройки фрезы грунто-мета при использовании на других типах почв.